JPH0310125B2 - - Google Patents
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- JPH0310125B2 JPH0310125B2 JP58251822A JP25182283A JPH0310125B2 JP H0310125 B2 JPH0310125 B2 JP H0310125B2 JP 58251822 A JP58251822 A JP 58251822A JP 25182283 A JP25182283 A JP 25182283A JP H0310125 B2 JPH0310125 B2 JP H0310125B2
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- robot
- work
- image sensor
- light emitting
- emitting elements
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- 230000036544 posture Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
- G05B19/423—Teaching successive positions by walk-through, i.e. the tool head or end effector being grasped and guided directly, with or without servo-assistance, to follow a path
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
- G05B2219/36451—Handheld toollike probe, work instructor, lightweigted, connected to recorder
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
- G05B2219/36452—Touch points with handheld probe, camera detects position and orientation probe
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37572—Camera, tv, vision
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ロボツトが作業する３次元空間にお
いて、オペレータが指示する任意の３次元位置お
よび姿勢などの３次元情報を求めることのできる
ロボツト作業教示装置に関するものである。
いて、オペレータが指示する任意の３次元位置お
よび姿勢などの３次元情報を求めることのできる
ロボツト作業教示装置に関するものである。
従来、ロボツトの作業教示法として、人間がロ
ボツトの手先を直接持つたり、テイーチング・ボ
ツクスを用いてロボツトを動かし、作業手順を記
録してプレイバツクさせる方式が多く用いられて
いる。しかし、この方法はロボツトの誤動作や人
間の教示ミスにより異常事態が発生することがあ
り、またロボツトの台数が増すと教示に要する時
間と労力は多大となり、人間にとつて危険で負担
の大きい仕事である。
ボツトの手先を直接持つたり、テイーチング・ボ
ツクスを用いてロボツトを動かし、作業手順を記
録してプレイバツクさせる方式が多く用いられて
いる。しかし、この方法はロボツトの誤動作や人
間の教示ミスにより異常事態が発生することがあ
り、またロボツトの台数が増すと教示に要する時
間と労力は多大となり、人間にとつて危険で負担
の大きい仕事である。
本発明は、これらの問題点を解決するため、ロ
ボツト作業空間における３次元位置や姿勢などの
３次元情報をオペレータが手にもつて指示できる
ロボツト作業教示装置を提供することを目的とし
てなされたものである。
ボツト作業空間における３次元位置や姿勢などの
３次元情報をオペレータが手にもつて指示できる
ロボツト作業教示装置を提供することを目的とし
てなされたものである。
以下、本発明について説明する。
本発明のシステム構成の概念図を第１図に示し
その概略について述べる。
その概略について述べる。
まず、計算機１からの命令により、制御用計算
機２を通して作業教示器３の上面に取付けた複数
個の発光素子４を指定された順序に発光させる。
次に、そのスポツト光の映像をイメージセンサ５
によつて検出しそのＸ，Ｙ座標値の出力をＡ／Ｄ
変換して制御用計算機２に読み込む。これらの値
と複数個の発光素子４の各点間の幾何学的位置関
係により、複数個の発光素子４の３次元位置を求
め、これから作業教示器３の指示部先端における
３次元位置と姿勢が得られる。オペレータは、複
数個の発光素子４を備えた作業教示器３を用いて
ロボツトの作業パスを直接教示し、得られた３次
元情報は計算機１に転送され、ロボツトの作業に
利用される。
機２を通して作業教示器３の上面に取付けた複数
個の発光素子４を指定された順序に発光させる。
次に、そのスポツト光の映像をイメージセンサ５
によつて検出しそのＸ，Ｙ座標値の出力をＡ／Ｄ
変換して制御用計算機２に読み込む。これらの値
と複数個の発光素子４の各点間の幾何学的位置関
係により、複数個の発光素子４の３次元位置を求
め、これから作業教示器３の指示部先端における
３次元位置と姿勢が得られる。オペレータは、複
数個の発光素子４を備えた作業教示器３を用いて
ロボツトの作業パスを直接教示し、得られた３次
元情報は計算機１に転送され、ロボツトの作業に
利用される。
第２図に、複数個の発光素子４を備えた作業教
示器３の指示部先端における３次元情報を計測す
る座標系を示す。Orを原点とするロボツト座標
系をXr，Yr，Zr、イメージセンサ５の座標系を
Xs，Ys，Zsとする。ロボツト座標系におけるイ
メージセンサ５の原点をOs（Xos、Yos、Zos、イ
メージセンサ５の座標系の各軸まわりの回転角を
α，β，γとすると、２つの座標系の関係は、次
のようになる。
示器３の指示部先端における３次元情報を計測す
る座標系を示す。Orを原点とするロボツト座標
系をXr，Yr，Zr、イメージセンサ５の座標系を
Xs，Ys，Zsとする。ロボツト座標系におけるイ
メージセンサ５の原点をOs（Xos、Yos、Zos、イ
メージセンサ５の座標系の各軸まわりの回転角を
α，β，γとすると、２つの座標系の関係は、次
のようになる。
Xs
Ys
Zs＝Ｓ・Xh−Xos
Yh−Yos
Zh−Zos
ここで、回転マトリツクスＲは、
Ｒ＝cosγ
−sinγ
０ sinγ
cosγ
０ ０
０
１・cosβ
０
sinβ ０
１
０ −sinβ
０
cosβ・１
０
０ ０
cosα
−sinα ０
sinα
cosα
である。
また、イメージセンサ５の座標系において、ス
ポツト光のイメージセンサ５によるＸ，Ｙ座標出
力をXi，Yi、レンズの焦点距離をＦとすると、
次の２式が得られる。
ポツト光のイメージセンサ５によるＸ，Ｙ座標出
力をXi，Yi、レンズの焦点距離をＦとすると、
次の２式が得られる。
Xi＝−Ｆ・Xs／Zs＋Sx (2)
Yi＝−Ｆ・Ys／Zs＋Sy (3)
以上の(1)〜(3)式により、既知である複数個の発
光素子４の３次元位置Xh、Yh，Zhとこれに対応
するイメージセンサ５の出力値Xi，Yiについて
の５組以上のデータからキヤリブレーシヨンを行
ない９個の未知パラメータXos，Yos，Zos，α，
β，γ，Ｆ，Sx，Syを求める。
光素子４の３次元位置Xh、Yh，Zhとこれに対応
するイメージセンサ５の出力値Xi，Yiについて
の５組以上のデータからキヤリブレーシヨンを行
ない９個の未知パラメータXos，Yos，Zos，α，
β，γ，Ｆ，Sx，Syを求める。
次に、３次元空間において同一平面上にある４
点の幾何学的位置関係が既知の場合、イメージセ
ンサ５上でこれら４点の対応点が得られると、投
影の逆変換から４点の３次元位置が一意に決定さ
れる。よつて、ここでは４個の発光素子４を備え
た作業教示器３におけるアルゴリズムについて述
べる。
点の幾何学的位置関係が既知の場合、イメージセ
ンサ５上でこれら４点の対応点が得られると、投
影の逆変換から４点の３次元位置が一意に決定さ
れる。よつて、ここでは４個の発光素子４を備え
た作業教示器３におけるアルゴリズムについて述
べる。
イメージセンサ５の原点Osから４個の発光素
子４の各点までのベクトルをqi→（ｉ＝１，…４）、
イメージセンサ５上の対応点までのベクトルをpi→
（ｉ＝１，…４）とすると、透視変換により qi→＝si・pi→、si＞０（ｉ＝１，…４） (4) である。
子４の各点までのベクトルをqi→（ｉ＝１，…４）、
イメージセンサ５上の対応点までのベクトルをpi→
（ｉ＝１，…４）とすると、透視変換により qi→＝si・pi→、si＞０（ｉ＝１，…４） (4) である。
ここで、ｑ→＝（Xs，Ys，Zs）、ｐ→＝（Xi，Yi，−
Ｆ）。
Ｆ）。
４個の発光素子４は、同一平面上の長方形の頂
点にあるので、 q1→＋q3→＝q2→＋q4→ (5) ｜q2→−q1→｜＝｜q4→−q3→｜＝Ｄ (6) ｜q3→−q1→｜＝｜q4→−q2→｜＝√2＋2 (7) ｜q3→−q2→｜＝｜q1→−q4→｜＝ｄ (8) の４式が得られる。(5)式は、対角線の中点が一致
し、(6)〜(8)式は、二辺の長さがＤ，ｄであり、互
に直交していることを示している。以上の関係式
から、(4)式のsiおよびsi→（Xs，Ys，Zs）（ｉ＝
１，…４）が求まり、４個の発光素子４の３次元
位置Xh，Yh，Zhは、(1)式を用いて求められる。
点にあるので、 q1→＋q3→＝q2→＋q4→ (5) ｜q2→−q1→｜＝｜q4→−q3→｜＝Ｄ (6) ｜q3→−q1→｜＝｜q4→−q2→｜＝√2＋2 (7) ｜q3→−q2→｜＝｜q1→−q4→｜＝ｄ (8) の４式が得られる。(5)式は、対角線の中点が一致
し、(6)〜(8)式は、二辺の長さがＤ，ｄであり、互
に直交していることを示している。以上の関係式
から、(4)式のsiおよびsi→（Xs，Ys，Zs）（ｉ＝
１，…４）が求まり、４個の発光素子４の３次元
位置Xh，Yh，Zhは、(1)式を用いて求められる。
図３に示すように、４個の発光素子４を備えた
作業教示器３の指示部先端の３次元位置をＨ→、４
個の発光素子４の３次元位置をL1→，L2→，L3→，L4→
とおき、姿勢マトリツクスをＰ（xp→，yp→，zp→）
（ただし、xp→，yp→，zp→は長さ１の方向ベクトル）
、
４個の発光素子４を備えた作業教示器３の本体の
厚みをａ、先端部の長さをｂとすると、 Ｈ→＋ａ・xp→−ｄ／２・yp→＋（Ｄ＋ｂ）・zp→＝
L1→
(9) Ｈ→＋ａ・xp→＋ｄ／２・yp→（Ｄ＋ｂ）・zp→＝L2
→
(10) Ｈ→＋ａ・xp→＋ｄ／２・yp→＋ ｂ・zp→＝L3→(1
1) Ｈ→＋ａ・xp→−ｄ／２・yp→＋ ｂ・zp→＝L4→(1
2) の４式が得られる。ここで、姿勢マトリツクスＰ
は、次の３式から求められる。
作業教示器３の指示部先端の３次元位置をＨ→、４
個の発光素子４の３次元位置をL1→，L2→，L3→，L4→
とおき、姿勢マトリツクスをＰ（xp→，yp→，zp→）
（ただし、xp→，yp→，zp→は長さ１の方向ベクトル）
、
４個の発光素子４を備えた作業教示器３の本体の
厚みをａ、先端部の長さをｂとすると、 Ｈ→＋ａ・xp→−ｄ／２・yp→＋（Ｄ＋ｂ）・zp→＝
L1→
(9) Ｈ→＋ａ・xp→＋ｄ／２・yp→（Ｄ＋ｂ）・zp→＝L2
→
(10) Ｈ→＋ａ・xp→＋ｄ／２・yp→＋ ｂ・zp→＝L3→(1
1) Ｈ→＋ａ・xp→−ｄ／２・yp→＋ ｂ・zp→＝L4→(1
2) の４式が得られる。ここで、姿勢マトリツクスＰ
は、次の３式から求められる。
xp→＝yp→×zp→ （13）
yp→＝（L1→−L2→）／Ｄ （14）
zp→＝（L2→−L3→）／ｄ （15）
４個の発光素子４を備えた作業教示器３の指示
部先端の３次元位置Ｈは、たとえば(9)式より Ｈ→＝L1→−ａ・xp→＋ｄ／２・yp→−（Ｄ＋ｂ）・zp
→
（16） として求まる。
部先端の３次元位置Ｈは、たとえば(9)式より Ｈ→＝L1→−ａ・xp→＋ｄ／２・yp→−（Ｄ＋ｂ）・zp
→
（16） として求まる。
これらからロボツト作業空間における任意の３
次元位置と姿勢が得られる。
次元位置と姿勢が得られる。
上記の作業教示器３の例では、装置の上面にの
み４個の発光素子４を取り付けているが、この他
に前後左右の側面に同様なものを取り付けて測定
箇所を広げることも可能であり、発光素子を４個
以上取り付けて信頼性を上げることも考えられ
る。またイメージセンサを複数台用いる場合、２
台のイメージセンサによりステレオビジヨンを構
成し、３個以上の発光素子の３次元位置および姿
勢を求め、同時に各々のイメージセンサにおいて
上記のアルゴリズムを併用して信頼性を上げるこ
とが可能である。
み４個の発光素子４を取り付けているが、この他
に前後左右の側面に同様なものを取り付けて測定
箇所を広げることも可能であり、発光素子を４個
以上取り付けて信頼性を上げることも考えられ
る。またイメージセンサを複数台用いる場合、２
台のイメージセンサによりステレオビジヨンを構
成し、３個以上の発光素子の３次元位置および姿
勢を求め、同時に各々のイメージセンサにおいて
上記のアルゴリズムを併用して信頼性を上げるこ
とが可能である。
以上説明したように、本発明のロボツト作業教
示装置は、オペレータが手に持つて人間の作業動
作をロボツトへ安全に教示でき、かつ教示時間も
短縮が図れる効果を有するものである。さらに、
本発明のロボツト作業教示装置によつて得られた
３次元情報は、ロボツトハンドの位置と姿勢を示
しており、これらはデータベースに保存され、ロ
ボツト言語やオフラインプログラミングと結合す
ることにより様々な有効な使用法が考えられる。
示装置は、オペレータが手に持つて人間の作業動
作をロボツトへ安全に教示でき、かつ教示時間も
短縮が図れる効果を有するものである。さらに、
本発明のロボツト作業教示装置によつて得られた
３次元情報は、ロボツトハンドの位置と姿勢を示
しており、これらはデータベースに保存され、ロ
ボツト言語やオフラインプログラミングと結合す
ることにより様々な有効な使用法が考えられる。
第１図は、本発明によるロボツト作業教示装置
のシステム構成の概念図を説明するための図、第
２図は、ロボツト座標系とイメージセンサ５の座
標系における複数個の発光素子４を備えた作業教
示器３の幾何学的関係を説明するための図、第３
図は、複数個の発光素子４を備えた作業教示器３
の指示部先端の３次元位置と姿勢の幾何学的関係
を説明するための図である。 図中、１は計算機、２は制御用計算機、３は作
業教示器、４は複数個の発光素子、５はイメージ
センサである。
のシステム構成の概念図を説明するための図、第
２図は、ロボツト座標系とイメージセンサ５の座
標系における複数個の発光素子４を備えた作業教
示器３の幾何学的関係を説明するための図、第３
図は、複数個の発光素子４を備えた作業教示器３
の指示部先端の３次元位置と姿勢の幾何学的関係
を説明するための図である。 図中、１は計算機、２は制御用計算機、３は作
業教示器、４は複数個の発光素子、５はイメージ
センサである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ロボツトの作業空間における３次元位置や姿
勢などの３次元情報を求め、これを用いてロボツ
トの作業を教示する装置において、 複数の発光素子を所定位置に配置した平面部と
指示部を有する、オペレータにより移動自在な作
業教示器と、 上記発光素子のスポツト光を検出する少なくと
も一台のテレビカメラなどの固定されたイメージ
センサと、 上記発光素子の発光順序を命令し、上記イメー
ジセンサによつて検出された発光素子のスポツト
光映像よりイメージセンサの座標値を算出し、更
にオペレータにより指示された上記作業教示器の
平面部の傾きと指示部先端の３次元位置を算出す
る計算機と、 からなることを特徴とするロボツト作業教示装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25182283A JPS60136806A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | ロボツト作業教示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25182283A JPS60136806A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | ロボツト作業教示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60136806A JPS60136806A (ja) | 1985-07-20 |
| JPH0310125B2 true JPH0310125B2 (ja) | 1991-02-13 |
Family
ID=17228432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25182283A Granted JPS60136806A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | ロボツト作業教示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60136806A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9104981B2 (en) | 2013-01-16 | 2015-08-11 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Robot teaching system and method using imaging based on training position |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61243507A (ja) * | 1985-04-22 | 1986-10-29 | Riyouki Eng Kk | 産業用ロボツトの教示装置 |
| JPS62254206A (ja) * | 1986-04-28 | 1987-11-06 | Fuji Electric Co Ltd | 平面の方向決め装置 |
| WO1994000269A1 (en) * | 1992-06-29 | 1994-01-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Robot for welding |
| SE504846C2 (sv) * | 1994-09-28 | 1997-05-12 | Jan G Faeger | Styrutrustning med ett rörligt styrorgan |
| FR2737024B1 (fr) * | 1995-07-20 | 1997-10-10 | Patenotre Laurent | Procede d'apprentissage de forme geometrique, notamment de trajectoire ou de contour, et systemes mettant en oeuvre ce procede |
| DE19626459C2 (de) * | 1996-07-02 | 1999-09-02 | Kuka Schweissanlagen Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten Roboters |
| GB9801945D0 (en) * | 1998-01-29 | 1998-03-25 | Armstrong Healthcare Ltd | Improvements in or relating to a robot control system |
| US6417836B1 (en) * | 1999-08-02 | 2002-07-09 | Lucent Technologies Inc. | Computer input device having six degrees of freedom for controlling movement of a three-dimensional object |
| JP4845431B2 (ja) * | 2005-06-30 | 2011-12-28 | 澁谷工業株式会社 | ロボット制御システム |
| IT202100017033A1 (it) * | 2021-06-29 | 2022-12-29 | Comau Spa | "Apparecchiatura di lavorazione e relativo dispositivo marcatore per generare traiettorie di processo" |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5449758A (en) * | 1977-09-26 | 1979-04-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Teaching method for controlling robots |
| JPS58203513A (ja) * | 1982-05-21 | 1983-11-28 | Hitachi Ltd | ロボツトの動作軌跡教示装置 |
| JPS5988298A (ja) * | 1982-11-12 | 1984-05-22 | 川崎重工業株式会社 | 産業用ロボットの作業端の案内装置 |
-
1983
- 1983-12-26 JP JP25182283A patent/JPS60136806A/ja active Granted
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5449758A (en) * | 1977-09-26 | 1979-04-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Teaching method for controlling robots |
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| US9104981B2 (en) | 2013-01-16 | 2015-08-11 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Robot teaching system and method using imaging based on training position |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60136806A (ja) | 1985-07-20 |
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